[发明专利]一种Cu(II)-mTiO2负载型光催化剂及其制备和应用

说明书

本发明属于光催化剂材料技术领域，具体涉及一种简单合成的Cu(II)‑mTiO₂光催化剂及其制备和应用，首先以异丙醇钛为原料，十六胺为软模板，通过水解，水热和煅烧得到介孔TiO₂（mTiO₂）纳米球，再通过简单的湿化学沉淀发法将Cu(II)纳米团簇均匀负载到的mTiO₂纳米球上，得到Cu(II)‑mTiO₂负载型光催化剂。本发明首次将Cu(II)‑mTiO₂负载型光催化剂用于气相光催化CO₂还原，相比空白TiO₂,具有明显提高的催化性能以及对CH₄的高选择性。该催化剂制备方法简单，以光能为驱动能，还原CO₂的同时得到CH₄，有利于环境和能源的可持续发展。

技术领域

本发明属于光催化剂材料技术领域，具体涉及一种Cu(II)-mTiO₂负载型光催化剂及其制备和应用。

背景技术

化石燃料储量的日益枯竭以及大气中的二氧化碳排放量的不断增加使得当今的全球环境与能源问题越来越突出。人工光合作用，即通过光催化的方法将二氧化碳和水转化为可再生能源如CO, CH₄等，为解决环境和能源问题提供了新途径。TiO₂ 以其无毒、化学稳定性好、氧化还原能力强、廉价易得等优点成为理想的CO₂还原的光催化剂。但是目前TiO₂光催化还原CO₂的转化效率还十分低下。这主要是因为：一方面，TiO₂对CO₂的吸附活化能力还十分有限；另一方面，TiO₂光生载流子的分离效率也亟待提高。

在TiO₂上负载合适的金属助剂（如Au, Ag, Pd, Pt, Cu等）是进一步优化其光催化还原CO₂的活性的有效方法。研究者们发现，不同的金属对还原CO₂得到的产物具有不同的选择性，例如Au和Ag对CO的选择性较高，Pt更容易促进水的还原生成H₂，而Cu则更利于CH₄的生成。考虑到贵金属的稀有昂贵以及CH₄相比CO更高的附加价值，如何更有效的利用廉价易得的Cu去实现更加高效的CO₂还原及对CH₄的高选择性具有重要意义。

本发明首先制备出介孔TiO₂纳米球，然后通过一种简单的化学沉淀法将Cu(II)纳米团簇均匀负载到介孔TiO₂（mTiO₂）光催化剂上，研究了其在紫外可见光下光催化还原CO₂的性能。结果表明，由于其显著增强的对CO₂的吸附活化能力以及光生载流子的分离效率，这种Cu(II)-mTiO₂负载型光催化剂体现出了显著提高的光催化CO₂还原的活性（是空白TiO₂的10倍），及对CH₄的高选择性（90%）。这是首个将Cu(II)-mTiO₂负载型光催化剂用于气相光催化CO₂还原的报道，具有经济高效的实现光催化CO₂还原的巨大潜力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Cu(II)-mTiO₂负载型光催化剂的制备方法并将其应用于气相光催化CO₂还原生成CH₄和CO。该催化剂易于制备，对环境友好；该Cu(II)-mTiO₂催化剂表现出优异的光催化还原CO₂的活性以及对生成CH₄的较高选择性。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：